張 楠，郭 凱，張鵬程

（國網(wǎng)北京通州供電公司，北京 101100）

0 引言

由于配電架空線路具有數(shù)量多、線路長、范圍廣等特點，因此在10 kV配電線路中占比較大，成為配電網(wǎng)中的重要組成元素。在10 kV配電架空線路的不同故障類型中，線路過電壓是主要故障原因，而雷擊過電壓又是導致線路過電壓的最大誘因，在雷電頻發(fā)區(qū)域或者地勢較為平坦空曠地帶影響更大。研究發(fā)現(xiàn)，采取適宜的雷電防護措施，提高配電架空線路的防雷水平，能使架空線路耐受大部分感應雷擊作用，降低雷擊事故發(fā)生的概率，確保已建10 kV架空配電線路運行更加可靠，從而提高其運營效益。

1 復合絕緣橫擔的防雷原理

1.1 復合絕緣橫擔結構

復合橫擔絕緣子是一種用于架空線路的圓柱形硅橡膠絕緣子，除與普通線路高壓絕緣子相同的固定絕緣和地對地絕緣功能外，還可全部或部分替代鐵橫擔或木橫擔。復合絕緣橫擔是由實心絕緣芯體、硅橡膠傘套和固定在絕緣芯體上的端部金具構成。復合橫擔絕緣子金屬附件中有2個孔，一個用于安裝固定螺栓，另一個用于靠近其根部的孔在復合橫擔絕緣子受到不平衡張力時可以沿固定螺栓旋轉，以緩和兩邊不平衡的張力。復合橫擔絕緣子導線端，也有2種固定導線的方式，一種綁扎式，一種帶有連接金具，用懸垂線夾連接。

1.2 復合絕緣橫擔防雷機理

10 kV配電架空絕緣線路因雷擊發(fā)生對地擊穿放電后，導線絕緣層上的放電擊穿點呈一細小針孔，雷電流通過后，工頻續(xù)流通過針孔通道，由于弧根被絕緣層擊穿孔固定，電弧無法像裸導線上被短路電流產(chǎn)生的電動力排斥沿導線移動，所以絕緣導線比裸導線更容易斷線[1]。通過對10 kV架空絕緣線路雷擊斷線原理分析，得出配電架空絕緣線路斷線的根本原因是雷擊閃絡后的工頻續(xù)流電弧。因此，提出堵塞式配電絕緣線路雷擊斷線防護方法。堵塞式配電絕緣線路防雷方法通過采取措施盡可能降低線路雷擊閃絡概率，或者采取措施阻止雷擊閃絡后工頻續(xù)流起弧，達到防止絕緣導線燒傷斷線的目的[2]。

配電絕緣線路安裝絕緣橫擔為堵塞式防雷的一種措施，絕緣橫擔可以提高線路的絕緣水平，從而防止雷擊閃絡跳閘。

1.3 復合絕緣橫擔性能

1.3.1 防雷性能

相比于110 kV及以上架空輸電線路，10 kV配電架空線路直擊雷導致線路故障的可能性相對較低，故障主要原因為感應雷電導致的故障。10 kV配電架空線路高度一般不超過20 m，受相鄰建筑物影響，線路上可感受的感應電壓最大范圍為300～400 kV，如果土壤電阻率為500Ω·m、雷暴日為40 d，當線路絕緣水平超過300 kV時，雷擊閃絡率的變化范圍較低，若線路絕緣水平超過350 kV，雷擊閃絡率僅為0.023次/km（即每100 km 2.3次），若線路絕緣水平超過400 kV后，雷擊閃絡率僅為0.006次/km（即每100 km 0.6次）[3]。采用復合絕緣橫擔作為防雷手段，其耐受電壓提高到350 kV時，10 kV配電架空線路的防雷水平將得到整體的提高。

1.3.2 機械性能

復合絕緣橫擔不僅具有絕緣功能，而且能夠在線路的不同運行條件下承載荷載。為保證線路運行的可靠性，直線桿絕緣橫擔主要考慮豎向荷載和水平荷載[4]，相應的運行工況為風和冰凍工況；對于轉角桿和終端桿，還應考慮線路的不均勻受力情況。

1.3.3 材料特性

絕緣橫擔芯體由環(huán)氧樹脂和玻璃纖維等復合材料制成，其中玻璃纖維材料具有較高的機械強度、電絕緣性和熱穩(wěn)定性[5]，能夠有效提高10 kV配電架空線路的絕緣水平。

2 電氣性能試驗

2.1 干工頻電壓試驗

針對復合絕緣橫擔，取3支試樣（編號No.1—No.3），依據(jù)GB/T 1408.1—2016《絕緣材料 電氣強度試驗方法 第1部分：工頻下試驗》進行干工頻閃絡電壓試驗、30 min工頻干耐受電壓試驗，另取1支試品（編號No.4）進行干工頻閃絡試驗，其閃絡電壓值為基準值，陡波前沖擊耐受電壓試驗后的試品，其干閃絡電壓應不低于基準值的90%，干耐受電壓為基準值的80%。干耐受電壓試驗中，試品不應被擊穿，試驗后立即測量試品傘套的溫度，其桿體溫度相對于參考絕緣子之差小于10 K。

試驗結果如表1和表2所示。由試驗結論可知：干工頻耐受電壓試驗后未產(chǎn)生擊穿，且試驗后其傘套溫度和桿體溫度相對于參考絕緣子之差小于10 K。

表1 干工頻閃絡電壓試驗結果

表2 干工頻耐受電壓試驗結果

2.2 起痕和蝕損試驗

針對復合絕緣橫擔，依據(jù)標準GB/T 6553—2014《嚴酷環(huán)境條件下使用的電氣絕緣材料評定耐電痕化和蝕損的試驗方法》制成芯棒、連接區(qū)、傘套、傘裙與產(chǎn)品相同的支柱復合絕緣子短樣2支，爬電距離均為650 mm/kV，試樣在霧室中一支垂直放置另一支水平放置，施加試驗電壓為18.7 kV。

試驗裝置由全塑霧箱、鹽霧發(fā)生器和試驗電源（50 kV/2 A工頻試驗變壓器）組成。1 000 h鹽霧試驗結果如表3所示。試驗結論為：經(jīng)過1 000 h鹽霧試驗，復合絕緣橫擔垂直、水平試樣的傘裙和傘套表面均無漏電起痕及蝕損傷痕。

表3 傘套起痕和蝕損試驗結果

2.3 可燃性試驗

本項試驗按照GB/T 10707—2008《橡膠燃燒性能的測定》垂直燃燒法中規(guī)定的FV方法進行，取5條硅橡膠材料試樣，試樣規(guī)格尺寸為長125 mm、寬13 mm、厚3 mm。試樣的垂直燃燒性能等級測量結果如表4所示。根據(jù)測量結果，評定為FV-0級。試驗結論為：復合絕緣橫擔用硅橡膠材料燃燒性能FV-0級。

表4 硅橡膠材料垂直燃燒性能等級測量結果

2.4 干雷電沖擊耐受電壓試驗

對復合絕緣橫擔進行正極性干雷電沖擊耐受電壓試驗，結果如表5所示。試驗結論為：復合絕緣橫擔干雷電沖擊耐受電壓≥350 kV。

表5 正極性干雷電沖擊耐受電壓試驗結果

2.5 濕工頻耐受電壓試驗

對交流系統(tǒng)用復合絕緣橫擔進行濕工頻耐受電壓試驗，結果如表6所示。試驗結論為：復合絕緣橫擔濕工頻耐受電壓≥160 kV。

表6 濕工頻耐受電壓試驗結果

3 工程應用

3.1 北京10 kV試點一路線路應用

10 kV試點一路位于平原地區(qū)，該線路投運于2008年8月，線路運行受自然環(huán)境及氣候條件影響較為顯著。該地區(qū)年均雷暴日為53 d，屬多雷區(qū)，線路每年平均發(fā)生2～3次雷擊跳閘。雷擊相對集中的桿塔具體記錄情況如下：2018年4月22日試點一路28號桿；2018年8月31日試點一路8號桿，試點一路20號桿；2018年9月20日試點一路27號桿；2019年6月29日試點一路34號桿。2020年5月在配網(wǎng)10 kV試點一路應用復合絕緣橫擔，1號桿—50號桿加裝復合絕緣橫擔42套，迄今未發(fā)生雷擊跳閘記錄。數(shù)據(jù)對比如表7所示。

表7 試點一路改造前后雷擊跳閘數(shù)據(jù)對比表

3.2 北京10 kV試點二路線路應用

配網(wǎng)10 kV試點二路線路是通州地區(qū)雷擊跳閘率較高的配電架空線路，雷擊故障高發(fā)區(qū)段為5號桿—10號桿、12號桿—18號桿、20號桿—26號桿，2020年6月在配網(wǎng)10 kV試點二路應用復合絕緣橫擔，1號桿—40號桿加裝復合絕緣橫擔35套，迄今未發(fā)生雷擊跳閘記錄。數(shù)據(jù)對比如表8所示。

表8 試點二路改造前后雷擊跳閘數(shù)據(jù)對比表

4 結論

10 kV配電網(wǎng)具有分布廣、設備多、絕緣水平低的特點，容易因過電壓造成事故，尤其是雷擊過電壓所帶來的影響更大。本文結合試驗分析及工程應用驗證，提出了一種基于復合絕緣橫擔的10 kV配電架空線路防雷應用方法。復合絕緣橫擔應用可有效提升10 kV配電架空線路的防雷水平，實際雷擊故障率下降顯著。目前，絕緣橫擔僅應用于10 kV配電架空線路直線桿，需進一步開展耐張桿復合絕緣橫擔技術的研究及應用。